Análisis en profundidad

Robótica industrial: qué es, cómo funciona y áreas de aplicación

Los sistemas de automatización de vanguardia están ganando popularidad tanto para aumentar la eficiencia en la producción como para desarrollar nuevas vías de negocio. Cuáles son las ventajas de la robótica industrial en la actualidad y cuáles podrían ser los desarrollos futuros que ayuden a la humanidad a seguir progresando en el sector industrial

17 Oct 2022

Redacción InnovaciónDigital360

robótica industrial

El desarrollo de la Industria 4.0 ha favorecido el conocimiento y la difusión de la robótica industrial incluso entre las empresas más pequeñas. De hecho, con el amplio desarrollo tecnológico al que asistimos día a día, los sistemas de automatización de vanguardia están ganando popularidad tanto para aumentar la eficiencia en la producción como para desarrollar nuevas vías de negocio.

En el sector industrial, en particular, los robots mecánicos parecen haber adquirido una gran importancia. En algunos casos, puede ser difícil, si no imposible, imaginar el trabajo sin la ayuda de los robots industriales.

Pero, ¿qué es un robot industrial y qué se entiende por robótica industrial?

Dado que estos temas son fundamentales, como se acaba de mencionar, es necesario hacer una descripción general del tema. De este modo, será posible comprender con claridad y sin ambigüedades cuáles son las ventajas de la robótica industrial en la actualidad y cuáles podrían ser los desarrollos futuros que ayuden a la humanidad a seguir progresando en el sector industrial.

Nacimiento de la robotica industrial y evolución

Sus raíces se remontan a la década de 1950, cuando George Devol desarrolló el primer robot industrial, un dispositivo de dos toneladas que transfería objetos de forma autónoma de un lugar a otro con actuadores hidráulicos. Desde entonces, a medida que los sensores, la electrónica y el software informático han avanzado, las capacidades de los robots industriales se han ampliado enormemente para incluir tareas complejas como soldadura, pintura, montaje, embalaje, paletización, inspección y pruebas, todo realizado con velocidad, precisión y repetibilidad.

A finales de la década de 1960 y principios de la de 1970, a medida que aumentaba la necesidad de automatización de las tareas intensivas en mano de obra en la fabricación, el enfoque de la robótica industrial se desplazó del levantamiento pesado al manejo de materiales y el trabajo de precisión. Esto dio origen al desarrollo de robots eléctricos más pequeños con controles avanzados, microprocesadores, motores miniaturizados, giroscopios y servos, lo que los hizo ideales para tareas de ensamblaje más livianas, como apretar pernos y tuercas.

A mediados de la década de 1980 se vio un mayor interés y entusiasmo por la robótica. Al entender a los robots como las «máquinas del futuro», los ingenieros comenzaron a empujar la frontera hacia adelante para apoyar el desarrollo industrial y lograr una mayor competitividad en la fabricación. Fue durante este período que se sentaron las bases del robot industrial actual, ya que comenzaron a incorporar sensores avanzados y sistemas de visión artificial rudimentarios.

¿Qué es la robótica industrial y qué se entiende por robots industriales?

En primer lugar, hay que entender qué se entiende por robótica industrial. De hecho, este aspecto es la piedra angular de todo el tema y si puedes entenderlo, habrás dado un gran paso adelante en el tratamiento de la visión general.

La robótica industrial es un campo que se ha desarrollado en los últimos años, con el uso de sistemas automatizados como parte integral del trabajo industrial. En la robótica industrial, un sistema de automatización sustituye, por tanto, a un hombre en la cadena de montaje, que realiza siempre el mismo trabajo a un ritmo constante y frenético.

Todas las herramientas mecánicas diseñadas para realizar una determinada tarea de forma autónoma forman parte de la robótica industrial. El sistema automático en cuestión se llama robot.

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Qué es un robot (todas las definiciones)

Llegados a este punto, es necesario entender qué se entiende por robot. Pues bien, en este caso, no hay una única definición para responder a esta pregunta. En el caso de la robótica industrial, la definición de robot puede tener tres significados diferentes. Estos son

RIA (Instituto de Robótica de América)

Esta es la definición más común y aceptada por los expertos en el campo de la robótica industrial. En este caso, afirma que un robot es una herramienta reprogramable multifuncional, hecha con el propósito específico de mover, añadir, quitar objetos como materiales, piezas y herramientas a través de movimientos que están programados de antemano.

Además, una vez en el lugar de trabajo, el robot puede adquirir datos del entorno externo y procesarlos para desarrollar una inteligencia artificial, comportándose en consecuencia para optimizar su trabajo.

Definición simple

La definición simple es la más favorecida por los expertos pragmáticos que quieren programar máquinas perfectas capaces de hacer el trabajo a gran velocidad sin ningún defecto. Esta definición afirma que un robot representa una conexión inteligente especial entre la percepción y la acción.

ISO 8373

Existe otra definición que se remonta a la norma ISO 8373, que representa en general el vocabulario para el tema de la robótica industrial y los robots aplicados en este sector. Esta definición establece que un robot es un sistema con control automático, reprogramable y multifuncional, que puede ser fijo en el suelo o móvil, de tres o más ejes y su finalidad es ser utilizado para operaciones de automatización industrial.

De todas las definiciones analizadas se desprende que un robot es mucho más que una simple herramienta mecánica. Es un producto que tiene su propia estructura conectada, que a su vez está compuesta por otras subconexiones que le permiten realizar el trabajo y las acciones que previamente ha programado. El robot realiza muy bien la tarea que se le asigna, pero al mismo tiempo puede modificar su forma de trabajar de forma aún más eficiente, adquiriendo una especie de inteligencia que le permite procesar una gran cantidad de datos externos.

Los componentes de un sistema robótico

Las estructuras mecánicas de un robot pueden variar en función del sistema automático que se considere. Sin embargo, hay algunos puntos o componentes comunes que representan las directrices en cierto sentido de una estructura mecánica genérica.

En primer lugar, está la cadena cinemática de un robot, también conocida comúnmente como brazo. Este componente, a su vez, está formado por una serie de cuerpos rígidos, identificados con el nombre de eslabones, interconectados por una serie de juntas mecánicas denominadas articulaciones.

En cualquier caso, hay que tener en cuenta que un extremo de la cadena del robot está siempre fijado al suelo. Al final del último cuerpo rígido se encuentra otro componente, el efector final. A este órgano mecánico se le puede acoplar una pinza o una herramienta genérica para que el robot realice la acción requerida. El nombre de la pinza en inglés es Gripper, mientras que cuando se encuentra cualquier otra herramienta, el nombre a utilizar es Tool.

Control de movimiento en robótica

Para dar movilidad al robot y permitirle realizar diversos movimientos, hay que colocar el tipo de articulación adecuado. Las juntas disponibles pueden ser de dos tipos diferentes: rotoidales o prismáticas.

En el caso de las articulaciones rotodinámicas, el movimiento se controla mediante la acción rotacional y relacional. En este caso, el robot tendrá una gran libertad para realizar movimientos que le permitan hacer su trabajo lo mejor posible, sin complicaciones de ningún tipo.

En el caso de las articulaciones prismáticas, se consigue un movimiento de traslación entre dos piezas mecánicas. Desde este punto de vista, los movimientos entre dos o más componentes del robot están interconectados y el sistema de automatización podrá moverse siguiendo órdenes esquemáticas precisas.

Las estructuras mecánicas más comunes de un robot

Actualmente existen robots en el mercado y en el sector industrial que tienen estructuras mecánicas reconocidas y comunes. Se pueden encontrar estructuras mecánicas estándar, por así decirlo:

Robots cartesianos

Un robot cartesiano es muy especial. En general, estos robots se utilizan porque pueden posicionar objetos con extrema precisión. Suelen utilizarse con objetos que deben manipularse con extremo cuidado. Los robots cartesianos se caracterizan por su extrema rigidez debido a su estructura mecánica. Estos sistemas se construyen con tres juntas prismáticas. Además, estos robots no permiten orientar un objeto.

Robots antropomórficos

Estos robots adoptan una geometría antropomórfica que reproduce crudamente el cuerpo humano. De hecho, mediante el uso de tres articulaciones rotatorias, los robots antropomórficos intentan reproducir lo que son los movimientos habituales del brazo humano. No es de extrañar que la segunda articulación de estos robots especiales se denomine hombro, mientras que la tercera se reconoce como codo. Los robots antropomórficos son los principales sistemas que se utilizan como manipuladores en la robótica industrial.

Robot SCARA

Por último, hay robots que utilizan lo que se conoce como geometría SCARA. El nombre de estos robots es una sigla en inglés de la expresión «brazo robótico de elasticidad restringida». Como su nombre indica, la particularidad de estos robots es que pueden cambiar la rigidez con la que tienen que operar. En el caso de cargas pesadas, la rigidez se vuelve extremadamente alta, mientras que cuando se trata de cargas ligeras la rigidez se reduce al mínimo. Esta característica particular es ideal para ayudar a los robots a realizar tareas de montaje vertical.

¿Qué tipos de robots existen?

También hay diferentes tipos de robots disponibles en el campo de la robótica industrial. Suele haber robots de primer nivel, de segundo nivel y de tercer nivel. En el contexto, las diferencias entre estos tres tipos son:

1. Robots de primer nivel

Un robot industrial de primer nivel está programado para realizar y reproducir fielmente la tarea que se le ha asignado. Utilizando un software específico en su interior, el robot funciona según parámetros preestablecidos relativos a la velocidad, la dirección, la distancia y la aceleración, realizando naturalmente movimientos coordinados.

2. Robots de segundo nivel

Los robots de segundo nivel se definen como aquellos que tienen un sistema interno flexible, capaz de adaptarse a diferentes situaciones de trabajo. Por ejemplo, los sistemas automáticos de visión artificial entran en esta categoría. Gracias a esta característica, la estructura mecánica entiende cómo planificar la trayectoria de un robot para adaptarla a la forma del objeto y a su tamaño.

3. Robots de tercer nivel

Los robots de nivel 3 están equipados con redes neuronales. Gracias a estos increíbles componentes, los robots son capaces de tomar decisiones de forma autónoma. Actualmente, este tipo de robot no se utiliza en la robótica industrial, pero se están desarrollando prototipos que podrían cambiar el futuro del sector.

Tipos de automatización de los robots industriales

Automatización fija

También conocidos como automatización dura, los sistemas de automatización fijos llevan a cabo un solo conjunto de tareas sin desviarse. Debido a su función, este tipo de sistema se usaría típicamente para producción en masa discreta y sistemas de flujo continuo. Un ejemplo de un equipo de automatización fijo sería un sistema de cinta transportadora automatizado diseñado para aumentar la eficiencia al mover objetos del punto A al B sin el mínimo esfuerzo. Al igual que todos los demás equipos de sistemas de automatización fijos, las cintas transportadoras automatizadas realizan operaciones fijas y repetitivas para lograr altos volúmenes de producción.

Automatización programable

Como sugiere el nombre, la automatización programable se ejecuta a través de comandos entregados por un programa de computadora. Esto significa que los procesos resultantes pueden variar ampliamente con las instrucciones cambiantes dadas a la computadora a través de una serie de códigos. Sin embargo, como los esfuerzos de programación no son triviales, los procesos, por lo tanto, las tareas no cambian mucho. Este tipo de automatización es común en entornos de producción en masa que producen tipos similares de productos que utilizan muchos de los mismos pasos y herramientas como en las fábricas de papel o laminadores de acero.
Los procesos de fabricación compatibles con este sistema sería la fabricación repetitiva en la que se fabrican los mismos productos durante un largo período de tiempo y en grandes lotes. Estos tipos de equipos pueden seguir llevándose con muy poca supervisión humana. Por lo general, se utilizan en la fabricación de automóviles y maquinaria.

La configuración inicial del equipo de automatización programable puede requerir un alto costo, pero debido a que los procesos son continuos y relativamente invariables, tienden a ser menos costosos a largo plazo.

Automatización flexible

También conocida como automatización suave, este tipo de automatización se utiliza en sistemas de fabricación flexibles controlados por computadora y permite una producción más flexible. Cada equipo recibe instrucciones de una computadora operada por humanos, lo que significa que las tareas pueden variar ampliamente con el código cambiante entregado a la computadora. Este tipo de automatización normalmente se usaría en procesos por lotes y talleres con una gran variedad de productos y un volumen de trabajo de bajo a medio, como en la fabricación de textiles.

Automatización integrada

La automatización integrada implica la automatización total de las plantas de fabricación, ya que es manejada en su totalidad por computadoras y procesos de control con una participación humana mínima. Las computadoras pueden diseñar las piezas necesarias, probar los diseños y fabricar las piezas. La automatización integrada, al igual que la automatización flexible, es compatible tanto con la fabricación de procesos por lotes como con la fabricación de procesos continuos.

Usos mas comunes de la robótica industrial y la automatización de procesos

  1. Montaje y dispensación
  2. Manipulación y recogida
  3. Mecanizado y Corte
  4. Soldadura
  5. Fundición y Moldeo
  6. Acabado y lijado
  7. Pintura y revestimiento
  8. Limpieza e Higiene
  9. Logística y Almacenamiento
  10. Embalaje y Paletizado
  11. Inspección y Control de Calidad
  12. Cosecha
  13. Operaciones médicas y cirugías

Principales industrias que utilizan la robótica industrial actualmente

Industria sector salud

Los avances en robótica industrila tienen el potencial de cambiar una amplia variedad de prácticas de atención médica, como cirugía, rehabilitación, terapia, compañía del paciente y actividades cotidianas. Los instrumentos robóticos utilizados en el cuidado de la salud no están diseñados para asumir las funciones de los profesionales de la salud, sino para facilitar su trabajo.

Industria agrícola

Para ayudar a aumentar la productividad y reducir los costos generales, la industria agrícola ha estado trabajando activamente para adoptar diferentes formas de tecnología robótica. Los agricultores ya han estado utilizando tractores y cosechadoras autoguiadas por GPS. Recientemente, ha habido un aumento en el uso experimental de sistemas autónomos que automatizan operaciones como la poda, el aclareo, la siega, la fumigación y la eliminación de malas hierbas. La tecnología de sensores también se está utilizando para controlar plagas y enfermedades que afectan los cultivos.

Industra alimentaria

Uno de los avances más extravagantes en tecnología robótica pronto estará disponible en la cocina. Los robots automatizados e inteligentes, como los inventados por Moley Robotics, podrán preparar y cocinar cientos de comidas en la cocina de una casa. Este chef robótico se controlará a través de un teléfono inteligente, y una vez que el controlador elija una receta y organice los recipientes preenvasados ​​de ingredientes cortados y preparados, el robot podrá cocinar la comida predeterminada de manera rápida y eficiente. Moley Robotics también está desarrollando una versión amigable para el consumidor de una cocina robotizada, que incluirá un lavaplatos y un refrigerador inteligentes integrados.

Industria de fabricación

La robótica se está utilizando en muchos aspectos de la fabricación para ayudar a aumentar la productividad y la eficiencia al mismo tiempo que se reducen los costos de producción. Al igual que en la industria del cuidado de la salud, muchos robots en la fabricación colaboran con los trabajadores para realizar tareas repetitivas, monótonas o intrincadas bajo la guía y el control del trabajador. Con estas máquinas, se valora más la precisión que la velocidad, al igual que la capacidad de ser reprogramadas para tareas específicas de diferentes tamaños y complejidades. La tecnología de fabricación robótica también se está volviendo más segura de operar. Las cámaras, los sensores y las capacidades de apagado automático permiten que los robots detecten y se mantengan alejados de los humanos en el lugar de trabajo.

Industria militar

En los sectores militar y de seguridad pública, la tecnología robótica se está aplicando en muchas áreas. Un área altamente visible involucra no tripulados. Estas máquinas se pueden utilizar para operaciones de vigilancia y apoyo en el campo de batalla. Los drones militares que vuelan sobre áreas de guerra y conflicto, en situaciones de rehenes y en caso de desastres naturales y provocados por el hombre pueden evaluar los niveles de peligro y proporcionar a los soldados y socorristas información en tiempo real. Los drones están revolucionando la respuesta ante desastres, ya que pueden acceder a áreas peligrosas con mayor velocidad y precisión sin poner en peligro a los trabajadores humanos.

¿Cuál es el futuro de los humanos en relación con la robótica industrial?

Con la robótica industrial en la fabricación inteligente, la fábrica del futuro es cada vez más una realidad. Ya en el presente asistimos a una maravillosa relación, ya que el robot industrial coopera con el hombre a la perfección.

En los próximos años se producirá una increíble evolución en este sentido. Hay que entender que, por ahora, la interacción persona-robot es todavía mínima.

Sin embargo, con el posible uso de robots de tercer nivel en la robótica industrial, la interacción entre el hombre y la máquina podría aumentar exponencialmente.

Con la ayuda de máquinas capaces de tomar decisiones autónomas, se podría reducir el tiempo de inactividad y el tiempo improductivo en el lugar de trabajo. Esperamos, sin embargo, que el futuro pueda ser mejor y no se convierta en una oscura distopía imaginada hace décadas por grandes escritores de ciencia ficción como Asimov o Dick.

Robots y el futuro del trabajo

Un estudio ampliamente referenciado  de la Universidad de Oxford  analizó la probabilidad de automatización para varias ocupaciones diferentes.

De 700 trabajos, aquellos con un 99% de posibilidades de automatización incluyen:

  1. Técnicos matemáticos
  2. Suscriptores de seguros
  3. Reparadores de relojes
  4. Agente de carga y flete
  5. Preparadores de impuestos
  6. Trabajadores de procesos fotográficos y operadores de máquinas de procesamiento
  7. Empleados de cuentas
  8. Técnicos de biblioteca
  9. Keyers de entrada de datos
  10. Ensambladores y ajustadores de dispositivos de tiempo

Sin embargo, el estudio predijo que es poco probable que algunos trabajos se automaticen. Los trabajos con una probabilidad del 0,36 % o menos de ser automatizados (según la tecnología actual) incluyen:

  1. Terapeutas recreativos
  2. Supervisores de primera línea mecánicos, instaladores y reparadores
  3. Directores de gestión de emergencias
  4. Trabajadores sociales de salud mental y abuso de sustancias
  5. Audiólogos
  6. Terapeutas ocupacionales
  7. Ortesistas y protésicos
  8. Trabajadores sociales de la salud
  9. Cirujanos orales y maxilofaciales
  10. Supervisores de primera línea de trabajadores de prevención y extinción de incendios

Los trabajos con mayor probabilidad de enfrentarse a la automatización son aquellos con patrones predecibles y repetitivos. Los trabajos que es poco probable que se automaticen tienen altos niveles de interacción humana, creatividad y, a menudo, requieren muchos años de capacitación.

Si la automatización se introduce y gestiona adecuadamente, tiene un enorme potencial para la raza humana. Los niveles de vida pueden mejorar a medida que se reduce la escasez de bienes. Los trabajadores pueden disfrutar de más tiempo libre para concentrarse en sus salidas creativas. Y los procesos de producción pueden hacerse más eficientes, seguros y respetuosos con el medio ambiente. Según  la consultora McKinsey , la adopción generalizada de IA, aprendizaje automático y robótica podría impulsar el crecimiento de la productividad global entre un 0,8 % y un 1,4 % anual.

Profesiones vinculadas a la robótica industrial

Ingeniero en robótica

Los ingenieros en robótica trabajan en empresas centrales de robótica. Su trabajo implica el diseño, fabricación, prueba y montaje de robots. Los ingenieros a menudo confían en el software de diseño asistido por computadora para conceptualizar sus diseños.

Los ingenieros en robótica pueden trabajar con científicos e innovadores para desarrollar robots que se adapten a aplicaciones industriales específicas.

Técnico en Electromecánica y Robótica

Los técnicos electromecánicos y mecatrónicos realizan una variedad de tareas en el campo de la robótica. Utilizan tecnología mecánica, eléctrica y electrónica para probar, operar y reparar drones, sistemas electromecánicos y máquinas automatizadas.

Ingeniero Mecánico

La robótica y la automatización han sido algunas de las áreas de más rápido crecimiento en el campo de la ingeniería mecánica. Los ingenieros mecánicos desarrollan nuevos robots para aplicaciones de fabricación, diseño de herramientas, soldadura y alta temperatura.

Un ingeniero mecánico también puede instalar y poner en marcha un sistema robótico en la industria o realizar estudios sobre el diseño de robots de manera más eficiente.

Ingeniero de diseño

Los profesionales de la ingeniería de diseño trabajan específicamente en la apariencia visual del robot. Trabajan en asociación con un equipo de ingeniería mecánica para garantizar que sus diseños sean factibles en la práctica.

Las responsabilidades típicas de un ingeniero de diseño incluyen dibujar planos y realizar estudios de movimiento para simular el producto final.

Ingeniero de software

Los ingenieros de software son algunos de los profesionales mejor pagados en robótica. Trabajan en el diseño de software, integración y actualización de lenguajes de nivel ensamblador que ejecutan estas máquinas.

Un profesional de ingeniería de software o un desarrollador de software también realiza pruebas exhaustivas para garantizar que el robot logre la funcionalidad deseada. Los desarrolladores de software también deben estar al tanto de los nuevos desarrollos para reconfigurar los sistemas robóticos con software más moderno.

Ingeniero de hardware

Los ingenieros de hardware de robótica investigan, diseñan, desarrollan y prueban componentes físicos como placas de circuito que ejecutan el sistema. Los ingenieros de hardware pueden colaborar con un desarrollador de software para garantizar que los circuitos ejecuten correctamente las instrucciones definidas.

También pueden supervisar el proceso de fabricación y diseño de nuevos prototipos y sistemas robóticos.

Ingeniero de ventas

Los ingenieros de ventas ayudan a impulsar el lado comercial de la robótica. Interactúan con clientes potenciales y les ayudan a comprender el funcionamiento de robots y dispositivos mecánicos. Un ingeniero de ventas también puede hablar con los clientes sobre sus requisitos específicos y comunicarse con el equipo de diseño y fabricación.

Informáticos

Un informático trabaja en el campo del análisis predictivo y áreas afines. Utilizan fundamentos avanzados de programación informática y lenguajes de programación para automatizar los robots.

Algunos científicos también trabajan en el dominio del aprendizaje automático para inculcar principios de toma de decisiones en robots autónomos. Los ingenieros de aprendizaje automático requieren un gran interés y conjuntos de habilidades previas en ciencia de datos, procesamiento de lenguaje natural, aprendizaje profundo, redes neuronales, etc.

Diseñador de interfaz de usuario/experiencia de usuario (UI/UX)

Los ingenieros de UI/UX ayudan a crear interfaces robustas que pueden ayudar a las personas a comunicarse con los robots. Diseñan el medio digital que puede permitir que un usuario opere el sistema robótico, comprenda sus funcionalidades y obtenga más información sobre el funcionamiento de la máquina.

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